现代微机原理及接口技术第01章微型计算机基础

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1、2018年10月23日,第1页,第1章 微型计算机基础,现代微机原理及接口技术 清华大学出版社,教学目标 教学重点 教学过程,2018年10月23日,第2页,教学目标,了解微型计算机的发展历程、分类及应用； 掌握微型计算机硬件系统和软件系统的组成； 熟练掌握各种数制及其相互转换，理解数值和非数值数据的编码。,2018年10月23日,第3页,教学重点,微型计算机硬件系统的组成 微型计算机软件系统的组成 各种数制及其相互转换 数值编码中带符号数的原码、反码、补码表示 ASCII码和BCD码,2018年10月23日,第4页,教学过程,1.1 微型计算机发展概况 1.2 微型计算机系统的组成 1.3

2、计算机中的数制及其编码,2018年10月23日,第5页,1.1 微型计算机发展概况,1.1.1 微处理器和微型计算机的发展 1.1.2 微型计算机的分类及其应用,2018年10月23日,第6页,1.1.1 微处理器和微型计算机的发展,微处理器MPU（microprocessor）也常称为微处理机，它是微型计算机的核心部件，微处理器的发展过程就是微型计算机的发展过程。微处理器的发展历程经历了以下六代。,2018年10月23日,第7页,1.1.1 微处理器和微型计算机的发展,2018年10月23日,第8页,1.1.2 微型计算机的分类及其应用,微型计算机的分类 按微处理器的字长分类 可分为4位、8

3、位、16位、32位、64位微型计算机 按功能和结构分类 可以分为单片机和多片机 按组装方式分类 可以分为单板机和多板机,2018年10月23日,第9页,1.1.2 微型计算机的分类及其应用,微型计算机的应用 数值计算 办公自动化 数据库应用 多媒体技术 过程控制 计算机辅助处理 网络与信息化 人工智能,2018年10月23日,第10页,1.2 微型计算机系统的组成,微型计算机系统包括硬件和软件两大部分。硬件系统是由电子部件和机电装置所组成的计算机实体，其基本功能是接受计算机程序，并在程序控制下完成信息输入、处理和结果输出等任务。软件系统是指为计算机运行服务的全部技术资料和各种程序，以保证计算机

4、硬件的功能得以充分发挥 。,2018年10月23日,第11页,1.2 微型计算机系统的组成,1.2.1 微型计算机的硬件系统 1.2.2 微型计算机的软件系统,2018年10月23日,第12页,1.2.1 微型计算机的硬件系统,图1-1 微型计算机的基本结构,2018年10月23日,第13页,1.2.2 微型计算机的软件系统,系统软件 操作系统 程序设计语言 编译和解释程序 监控管理程序、调试程序、故障检查和诊断程序 应用软件 数据库管理系统、办公自动化软件、图形图像处理软件等,2018年10月23日,第14页,1.3 计算机中的数制及其编码,对计算机而言，无论是控制信息还是数据信息，都采用“

5、0”和“1”两个基本符号（即基2码）来编码表示，这是因为： 基2码在物理上最容易实现。 基2码用来表示二进制数，其编码、加减运算规则简单。 基2码的两个符号“1”和“0”正好与逻辑数据“真”和“假”相对应，为计算机实现逻辑运算带来方便。,2018年10月23日,第15页,1.3 计算机中的数制及其编码,1.3.1 数与数制 1.3.2 不同数制之间的转换 1.3.3 数值数据的编码及其运算 1.3.4 非数值数据的二进制编码,2018年10月23日,第16页,1.3.1 数与数制,二、十、六进制的基数、数码、进位关系和表示方法,2018年10月23日,第17页,1.3.2 不同数制之间的转换,

6、其它进制数与十进制数之间的相互转换 二、八、十六进制十进制 用其各位所对应的数码，按照“位权展开求和”的方法就可以得到。,2018年10月23日,第18页,【课堂示例（一）】,【例1-1】试将(1110.101)2、(637)8、 (5DF.48)16分别转换为十进制。 解：按照按位权展开求和的方法，得 (1110.101)2 = (123 + 122 + 121 + 020 + 12-1 + 02-2 + 12-3)10 = (15.625)10 (637)8 = (682 + 381 + 780)10 = (415)10 (5DF.48)16 = (5162 + 13161 + 15160

7、 + 416-1 + 816-2)10 = (1503.28125)10,2018年10月23日,第19页,1.3.2 不同数制之间的转换,其它进制数与十进制数之间的相互转换 十进制其它进制数 十进制整数其它进制数，一般采用“基数除法”，又称为“除基取余法”，即将十进制整数连续除以N进制的基数N，直至商等于0为止，然后逆序排列所得到的余数。 十进制小数其它进制数，一般采用“基数乘法”，又称为“乘基取整法”，即将十进制小数连续乘以N进制的基数N，直至乘积的小数部分等于0，然后顺序排列每次乘积的整数部分。,2018年10月23日,第20页,【课堂示例（二）】,【例1-2】试将十进制数65分别转换成

8、二进制、八进制和十六进制数。 解：按照除基取余法，得,所以，(65)10 = (1000001)2， 同理可得，(65)10 = (101)8，(65)10 = (41)16,2018年10月23日,第21页,【课堂示例（三）】,【例1-3】试将十进制小数0.375分别转换成二进制、八进制和十六进制数。 解：按照乘基取整法，得,所以，(0.375)10 = (0.011)2， 同理可得，(0.375)10 = (0.3)8，(0.375)10 = (0.6)16,2018年10月23日,第22页,1.3.2 不同数制之间的转换,二进制数与八进制数之间的相互转换 由于1位八进制数的8个数码正好相

9、应于3位二进制数的8种不同组合，所以八进制及与二进制之间有如下简单的对应关系： 由于这种对应关系，可以很方便地在八进制与二进制之间进行数的转换。,2018年10月23日,第23页,1.3.2 不同数制之间的转换,二进制数与八进制数之间的相互转换 二进制八进制 以小数点为界，将二进制的整数部分从低位开始，小数部分从高位开始，每3位分为一组，头尾不足3位的补0，然后将每组的3位二进制数转换为1位八进制数。 八进制二进制 将每1位八进制数用3位二进制数表示即可,2018年10月23日,第24页,【课堂示例（四）】,例如，将二进制数11101110.0101转换为八进制数： 011 101 110.0

10、10 100 3 5 6 . 2 4 所以，(11101110.0101)2 = (356.24)8 例如，将八进制数251.36转换为二进制数： (251.36)8 = (010 101 001.011 110)2 = (10101001.01111)2,2018年10月23日,第25页,1.3.2 不同数制之间的转换,二进制数与十六进制数之间的相互转换 由于1位十六进制数的16个数码正好相应于4位二进制数的16种不同组合，所以十六进制及与二进制之间有如下简单的对应关系： 利用这种对应关系，可以很方便地在十六进制与二进制之间进行数的转换。,2018年10月23日,第26页,【课堂示例（五）】

11、,例如，将二进制数11101110.0101转换为十六进制数： 1110 1110.0101 E E .5 所以，(11101110.0101)2 = (EE.5)16。 例如，将十六进制数4FA.C6转换为二进制数： (4FA.C6)16 = (0100 1111 1010.1100 0110)2 = (10011111010.1100011)2,2018年10月23日,第27页,1.3.3 数值数据的编码及其运算,基本概念 在计算机内部表示二进制数的方法称为数值编码，把一个数及其符号在机器中的表示加以数值化，这样的数称为机器数。机器数所代表的数称为该机器数的真值。要完整地表示一个机器数，应

12、考虑3个因素： 机器数的范围 由计算机的CPU字长来决定。 机器数的符号 在算术运算中，数据是有正有负的，称之为带符号数。为了在计算机中正确地表示带符号数，通常规定每个字长的最高位为符号位，并用“0”表示正数，用“1”表示负数。 机器数中小数点的位置 在机器数中，小数点的位置通常有两种约定，一种规定小数点的位置固定不变，这时的机器数称为“定点数”；另一种规定小数点的位置可以浮动，这时的机器数称为“浮点数”。,2018年10月23日,第28页,1.3.3 数值数据的编码及其运算,带符号数的原码、反码、补码表示,2018年10月23日,第29页,8位二进制数原码、反码、补码的对应关系,2018年1

13、0月23日,第30页,1.3.3 数值数据的编码及其运算,补码运算和溢出判断 引入补码概念，目的在于将加、减法运算简化为单纯的加法运算。补码的运算规则是： X + Y补 = X补 + Y补 X - Y补 = X补 + -Y补 已知Y补求-Y补的方法是将Y补各位按位取反（包括符号位在内）后末位加1。下面举例说明以上两个公式的正确性。,2018年10月23日,第31页,【课堂示例（六）】,【例1-4】设X1 = +0001101，X2 = -0001101，Y1 = +0000110，Y2=-0000110，计算X1+Y1、X1-Y1、X2+Y2、X2-Y2。 解：X1补 = 00001101，X

14、2补 = 11110011，Y1补 = 00000110， Y2补 = 11111010,2018年10月23日,第32页,2018年10月23日,第33页,1.3.3 数值数据的编码及其运算,补码运算和溢出判断 计算机引入补码之后，带来了以下优点： 补码表示的机器数其符号位和数值位能一起参加数值运算，符号位产生的进位丢掉不管，其结果是正确的，从而简化运算规则。 使减法运算转化为加法运算，简化了运算器硬件电路的设计，加减法可由同一硬件电路进行处理。 运用以上两个公式时，应注意以下两点： 公式成立有一定的前提条件，就是运算结果不能超出机器数所能表示的范围，否则运算结果不正确，按“溢出”处理。 采

15、用补码运算后，结果还是补码，欲得到运算结果的真值，还需要进行转换。,2018年10月23日,第34页,1.3.3 数值数据的编码及其运算,定点数和浮点数的表示 定点数 定点数是指小数点位置固定不变的数，采用这种表示法的机器叫做定点计算机。 如果数据采用整数表示，那么将小数点约定在最低位的右边，称之为定点整数；如果数据采用纯小数表示，那么将小数点约定在符号位之后，称之为定点小数。,2018年10月23日,第35页,1.3.3 数值数据的编码及其运算,定点数和浮点数的表示 浮点数 如果要处理的数据既有整数部分又有小数部分，就可以采用浮点数表示。浮点数是小数点位置不固定的数，采用这种表示法的计算机叫

16、做浮点计算机。浮点数表示的数值范围要比定点数大 。,浮点数表示法,2018年10月23日,第36页,1.3.4 非数值数据的二进制编码,美国信息交换标准代码（ASCII码） ASCII（American Standard Code for Information-Interchange）码是美国信息交换标准代码的简称，用于给西文字符编码，包括英文字母的大小写、数字、专用字符、控制字符等。 ASCII码对应IOS646标准，采用7位二进制数进行编码，可以表示128种字符，在计算机内部，一个ASCII码占用1个字节，通常最高位为“0”。在数据传输中，ASCII码的最高位用作奇偶校验位。 扩展ASCII码：由于标准ASCII码字符数目有限，为此，国际标准化组织又制定了ISO2022标准，它规定了在保持与ISO646兼容的前提下将ASCII字符集扩充为8位代码的统一方法。ISO陆续制定了一批适用于不同地区的扩充ASCII字符集，每种扩充ASCII字符集分别可以扩充128个字符。,